УДК 524.6-34
ПОЯС ГУЛДА, ПОЯС ВОКУЛЕРА-ДОЛИДЗЕ И РУКАВ ОРИОНА
© 2014 г. В. В. Бобылев1,2*, А. Т. Байкова1
1Главная астрономическая обсерватория РАН, Пулково
2Астрономический институт им. В.В. Соболева Санкт-Петербургского государственного университета Поступила в редакцию 13.07.2014 г.
По мазерам с измеренными тригонометрическими параллаксами переопределены параметры пространственной ориентации местного рукава (рукава Ориона). С использованием 23 источников (объекты пояса Гулда были исключены) мы нашли, что их пространственное распределение можно аппроксимировать очень узким, вытянутым в направлении Ь\ = 77.1 ± 2.9° эллипсоидом, плоскость симметрии которого наклонена к галактической плоскости под углом 5.6 ± 0.2°. Долгота восходящего узла плоскости симметрии составляет ¡^ = 70 ± 3°. Независимым методом получена новая оценка угла закрутки местного спирального рукава: г = 12.9 ± 2.9°. Ранее на небесной сфере с близкими к такой ориентации параметрами был отмечен пояс молодых B-звезд — пояс Вокулера-Долидзе. В настоящей работе параметры пространственной ориентации этого пояса уточнены по однородной выборке протозвезд. Можно отождествить пояс Вокулера-Долидзе с местным рукавом, при этом собственно пояса как непрерывной полосы на небесной сфере типа пояса Гулда нет, что обусловлено особенностями пространственной ориентации местного рукава. Использование всей выборки из 119 галактических мазеров показало, что третья ось их эллипсоида положений не имеет отклонения от направления на галактический полюс: В3 = 89.7 ± 0.1°.
Ключевые слова: мазеры, пояс Гулда, пояс Вокулера-Долидзе, рукав Ориона, местная система звезд, Галактика.
001: 10.7868/Б032001081412002Х
ВВЕДЕНИЕ
В околосолнечной окрестности известен ряд структур, состоящих из молодых объектов — пояс Гулда, пояс Вокулера-Долидзе, местная система звезд, а также местный спиральный рукав (рукав Ориона). Наиболее близким, поэтому наиболее изученным объектом является пояс Гулда (Фрогель, Стозерс, 1977; Ефремов, 1989; Поппель, 1997; Торра и др. 2000). Постепенно накапливаются высокоточные данные о параллаксах и скоростях звезд, которые позволяют уточнять пространственные характеристики все более далеких структур.
По современным оценкам, пояс Гулда — это достаточно плоская система с полуосями около 350 х х 250 х 50 пк с направлением большой полуоси около I = 40°. Плоскость его симметрии имеет наклон к галактической плоскости около 18°.Долгота восходящего узла составляет ¡п = 280°. Солнце находится на расстоянии около 40 пк от линии узлов. Центр системы расположен на расстоянии
Электронный адрес: vbobylev@gao.spb.ru
около 150 пк от Солнца во втором галактическом квадранте. Оценка направления на центр l0 зависит от возраста выборки и по различным литературным источникам составляет от 130° до 180°. Пространственное распределение звезд очень неравномерное — в радиусе ^80 пк от центра наблюдается заметное падение плотности, т.е. вся система имеет вид бублика. Близко к центру этого бублика находится известное рассеянное скопление a Per, возраст которого составляет около 35 млн. лет. Поясу Гулда принадлежит система близких OB-ассоциаций (Зев и др., 1999) и рассеянных скоплений звезд (Бобылев, 2006), с ним ассоциируют гигантское облако нейтрального водорода, которое называют рингом Линдблада (Линдблад, 1967; 2000).
Как отмечено Поппелем (2001), можно уверенно говорить о принадлежности поясу Гулда только относительно близких звезд не позднее спектрального класса B2.5. Однако тригонометрические параллаксы HIPPARCOS с относительной ошибкой менее 10% позволяют анализировать лишь небольшую околосолнечную окрестность радиусом около 120 пк.
Pg z
L
x
l = 0°
Рис. 1. Ориентация больших кругов небесной сферы, ассоциируемых с поясом Гулда (слева) и поясом Вокулера— Долидзе (справа), относительно прямоугольной галактической системы координат.
Параметры пояса Вокулера—Долидзе известны весьма приблизительно. Согласно рис. 1 и 2 из работы Долидзе (1980), наклон его плоскости симметрии к галактической плоскости составляет от 16° (по молодым B-звездам) до 44° (по остаткам сверхновых). Расстояния до объектов не были известны, за исключением нескольких звезд типа в Cep, поэтому параметры были определены исключительно по распределению звезд на небесной сфере. Наибольшего возвышения над плоскостью Галактики этот пояс достигает в направлении l « « 120°. Долидзе этот пояс назвала поясом Воку-лера и считала его частью местного спирального рукава, такой же близкой к Солнцу структурой, как и пояс Гулда. При этом Вокулер (1954) полагал, что выделенные им звезды принадлежат перемычке между Галактикой и Магеллановыми облаками — Магеллановому потоку. Сейчас мы знаем, что он ошибался, так как Магелланов поток состоит из водородных облаков, а звезд в нем не обнаружено.
В работе Олано (2001) местная система звезд отождествляется с местным рукавом (рукавом Ориона), и эволюция этой структуры с массой примерно 2 x 107 Mq исследуется на протяжении последних 100 млн. лет методом численного моделирования. Согласно модели Олано, имелась большая начальная скорость («50 км/с) движения газа, из которого образовалась местная система. Предполагается, что такая скорость могла быть достигнута в результате взаимодействия с рукавом Киля—Стрельца. Столкновение газового облака со спиральной волной плотности привело к его раздроблению. В рамках этой модели такие скопления как Гиады, Плеяды, Волосы Вероники и скопление Сириуса, рассматриваются как осколки некогда единого комплекса, а к формированию пояса Гулда привело сжатие центральных областей родительского облака.
Как показывает анализ различных данных, крупномасштабный спиральный узор в Галактике
может быть описан либо двухрукавной моделью логарифмической спирали с постоянным углом закрутки около 6°, либо четырехрукавной моделью с углом закрутки 12 — 13° (Ефремов, 2011; Валли, 2014; Бобылев, Байкова, 2014; Хоу, Хан, 2014), причем многие авторы отдают предпочтение четырехрукавной модели. В недавней работе Хоу и Хана (2014) приводятся аргументы в пользу чуть более сложной модели — по их мнению, четырех-рукавная модель с переменным углом закрутки (полиномиально-логарифмическая модель) еще лучше согласуется с имеющимися данными. Рукав Ориона (Ефремов, 2011; Сюй и др., 2013) не является полноценным спиральным рукавом. Он является шпуром (отрогом, небольшим ответвлением) либо рукава Киля—Стрельца, либо рукава Персея (Хоу, Хан, 2014). В настоящей работе мы придерживаемся этой точки зрения.
На рис. 1 схематично показана ориентация больших кругов на небесной сфере, ассоциируемых с поясом Гулда и поясом Вокулера—Долидзе. На каждом графике отмечены координаты полюса большого круга Ь, В и долгота восходящего узла О.
В настоящее время беспрецендентную возможность для изучения объектов местного спирального рукава дают мазерные источники с тригонометрическими параллаксами, измеренными средствами РСДБ (Сюй и др., 2013; Рид и др., 2014). Относительная ошибка определения параллаксов этим методом, в среднем, составляет менее 10%. В поясе Гулда около десяти таких мазеров, что пока не очень много. Но в местном спиральном рукаве их количество уже составляет 37, что позволяет провести полноценный трехмерный анализ этой системы. Целью настоящей работы является переопределение параметров пространственной ориентации местного рукава с использованием данных о положении мазеров.
z
МЕТОД
Мы применяем известный метод определения плоскости симметрии звездной системы по отношению к основной (в данном случае галактической) системе координат. Основы подхода изложены По-лаком (1935), его описание можно найти в книге Трюмплера, Уивера (1953). Способ оценки ошибок углов даны в работах Паренаго (1951), Павловской (1971). Недавно этот метод был применен для определения параметров ориентации системы цефеид в Галактике (Бобылев, 2013).
В прямоугольной системе координат с центром в Солнце ось x направлена в сторону галактического центра, ось y — в сторону галактического вращения (l = 90°, b = 0°)и ось z — в северный полюс Галактики, тогда
x = r cos l cos b, (1)
y = r sin l cos b, z = r sin b.
Пусть m, n, k — направляющие косинусы полюса искомого большого круга от осей x, y, z. Тогда искомая плоскость симметрии звездной системы определяется как плоскость, для которой сумма квадратов высот, h = mx + ny + kz, есть минимум:
J^h2 = min. (2)
Сумму квадратов
h2 = x2m2 + y2n2 + z2 k2 + 2yznk + (3) + 2xzkm + 2xymn
можно обозначить как 2P = ^ h2. В итоге задача сводится к поиску минимума функции P:
2P = am2 + bn2 + ck2 + 2fnk + (4) + 2ekm + 2dmn,
где моменты координат второго порядка a = [xx], b = [yy], c = [zz], f = [yz], e = [xz], d = [xy], записанные через скобки Гаусса, являются компонентами симметричного тензора
Л
A
(5)
ade d b f
V f
собственные значения которого Ai)2,3 находятся из решения векового уравнения
7
a — X d
e
d b — X f e f c — X
0,
а направления главных осей, ¿1,2,3 и B^2,3, из соотношений
tan ¿1,2,3 =
ef — (c — X)d — A)(c — A) — /2'
(7)
_ (b — A)e — df T /0,
tan В 1,2,3 = -77-Г77-ГТ COS ¿1,2,3- (o)
f2 — (b — A)(C — A)
Ошибки определения ¿1,2,3 и B1¡2,3 оцениваются согласно следующей схеме:
е(ху)
£(¿2) = £(Ьз) =
ab
(9)
е(В2)=ф) = ^;, (Ю)
ac
е(В3)=е(Ф) = £-М;, (1Г
b — c
,2(т л V2£2(ф)+ф2£2(ф)
£ (¿1) =
(ф2 + ф2)2
-2/ъ\ _ sin2 ¿1£2(ф) + cos2 ¿1£2(¿1)
£2(B1) =
(sin2 ¿1 + ф2)2
(12) (13)
где
Ф = cot B1 cos ¿1, ф = cot B1 sin ¿1, (14)
заранее необходимо вычислить три величины x2y2,
x2z2 и y2z2, тогда
(6)
е (ху) = (х2у2 — й )/п, (15)
£2{хх) = (х2г2 — е2)/п, (16)
£2(уг) = (^-/2)/п, (17)
где п — количество звезд. Итак, алгоритм решения задачи заключается в: 1) составлении функции 2Р (4), 2) поиске корней векового уравнения (6) и 3) оценке направлений главных осей эллипсоида положений по формулам (7)—(17). В классическом случае задача решалась для случая единичной сферы (г = 1), но в настоящей работе предлагается использовать расстояния, которые играют роль весов. Как видно из соотношений (13), ошибки направлений ¿2 и ¿3 совпадают, ошибки всех ос
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.